冷库建筑从施工开始到设备安装一般是在常温下进行的，结构体系也处于常温状态；而冷库投入使用后，其结构体系却处于低温环境中。由于温差大而引起的结构体系变形比普通建筑大得多，因此必须进行温度应力计算，以防止产生“冷桥”。地坪应采取防冻措施，以防止地基隆起而造成建筑物破坏。同时应选用抗冻性强的材料，以增强结构的耐冻性、耐久性。
小型冷库的承重结构一般为梁板式结构，而大型多层冷库多采用现浇钢筋混凝土无梁楼盖结构。近年来，预制装配式的无梁楼盖与用升板法施工的无梁楼盖框架结构正在逐步推广。冷库的围护墙体结构设计除满足强度和稳定性外，还应保持绝热层及隔气层的连续性，使之符合建筑热工要求。冷库的屋面结构受太阳直接照射的时间较长，受气温变化的影响，会产生膨胀或收缩变形，宜采用预制构件，使变形在构件之间进行调整，从而减小总变形。为了防止因屋面伸缩对墙体产生的不利影响，可在屋面结构与墙体之间设计成滑动接触面。